引言

DSP具有高速的計算能力與豐富的外設(shè)接口，被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。很多基于DSP的嵌入式系統(tǒng)被配置于苛刻的環(huán)境或偏遠地區(qū)，當(dāng)需要軟件升級或程序更新時，人員無法進入或很難到達相應(yīng)環(huán)境中，必須采用遠程加載技術(shù)來完成升級和更新。以太網(wǎng)具有傳輸距離遠、傳輸速率高的優(yōu)點，是遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧己幂d體，目前主流的DSP芯片均可擴展以太網(wǎng)接口。本文結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)，以TI公司的DSP芯片為例對DSP遠程加載技術(shù)進行了研究。

DSP遠程加載的核心思想包括3個方面：

①DSP能夠收發(fā)遠程控制端數(shù)據(jù)；

②DSP能夠更新存放用戶程序的Flash區(qū)域；

③DSP能夠獲取用戶配置選擇是否需要遠程加載。

基于上述3點，本文對DSP網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)、DSP與Flash接口及驅(qū)動技術(shù)、遠程加載配置技術(shù)進行了研究。

1遠程加載的硬件基礎(chǔ)

1.1DSP以太網(wǎng)接口技術(shù)

（1）通過專用接口芯片擴展以太網(wǎng)接口

在TI公司早期的DSP中，如C5000、C6201、C6701等系列，芯片內(nèi)部沒有集成專用的以太網(wǎng)控制器，無法直接與以太網(wǎng)進行通信，必須通過DSP的EMIF（外部存儲接口）與專用接口芯片連接來擴展以太網(wǎng)。這些專用芯片有CP2200、MC9S12NE6等。圖1給出了TMS320C5410與CP2200的接口示意圖[1]。

（2）通過片內(nèi)專用接口擴展以太網(wǎng)接口

隨著DSP制造工藝的提高，很多DSP芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了以太網(wǎng)控制器，如DM642、C6455、C6416等，只需要外接物理層芯片（如RTL8019AS、82540EM等）即可擴展以太網(wǎng)接口。圖2給出了DSP通過片內(nèi)專用接口直接擴展以太網(wǎng)示意圖。

1.2可編程Flash芯片

TI公司的高速DSP（C5000、C6000系列）均沒有片上非易失性存儲器，必須將程序保存在外部非易失性存儲器中。通常采用可編程Flash存儲器對DSP程序進行存儲和加載，常用的Flash芯片有Intel公司的E28Fxx系列和AMD公司的AM29xx系列。圖3給出了DSP與Flash的典型接口電路[2]。

1.3遠程運行模式配置

DSP在上電后，需要明確知道當(dāng)前是處于程序更新模式還是處于程序正常運行模式，這就需要采用外部硬件控制電路，對DSP的加載進行配置，

圖4給出了一種遠程DSP配置加載模式電路的示例。

用戶通過遠程配置DSP的GPIO接口為高電平或低電平來告知加載程序是否執(zhí)行遠程加載，在實際應(yīng)用中具體實現(xiàn)可由用戶自己定義。

2遠程加載的軟件基礎(chǔ)

2.1NDK簡介

在DSP上直接編寫網(wǎng)絡(luò)接口程序非常復(fù)雜，為了屏蔽底層細節(jié)，使用戶可以將資源重點投入到應(yīng)用程序的開發(fā)中，TI公司提供了網(wǎng)絡(luò)開發(fā)套件NDK(NetworkDeveloper’sKit)。NDK提供了從DSP底層驅(qū)動到TCP/IP"target="_blank">IP協(xié)議的整體解決方案，支持常規(guī)的TCP/IP服務(wù)，是實現(xiàn)DSP以太網(wǎng)擴展的重要支撐工具。圖5給出了NDK的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[3]。

2.2Flash驅(qū)動程序

Flash芯片需要專用的指令對其進行操作，主要指令包括擦除、讀、寫、復(fù)位等，根據(jù)這些操作指令就可以設(shè)計Flash驅(qū)動程序，圖6給出了C6000系列的DSP對AM29F040進行編程的流程[4]。其中EMIF_Base_Addr為DSP外部存儲接口地址；Prog_addr為目標(biāo)Flash編程地址；Prog_data為目標(biāo)Flash編程數(shù)據(jù)。

3基于網(wǎng)絡(luò)的遠程加載方法

3.1遠程加載流程

圖7給出了典型的DSP加載方式以及程序在Flash中的存儲方式，二次加載程序直接將用戶程序加載到DSP中，無需額外處理[5]。

采用圖7中所示方式無法實現(xiàn)遠程加載，可以對典型加載方式進行擴展，增加網(wǎng)絡(luò)接口功能，更改Flash存儲方式，從而實現(xiàn)遠程加載。DSP遠程加載方式如圖8所示。

圖8所示的遠程加載步驟如下：

①上電后DSP運行二次加載程序；

②DSP讀取外部控制電路狀態(tài)，判斷是否處于程序更新模式；

③如果是更新模式，跳轉(zhuǎn)到第4步，否則跳轉(zhuǎn)到第5步；

④DSP從Flash中加載網(wǎng)絡(luò)接口程序到DSP片內(nèi)并運行，通過網(wǎng)絡(luò)接口接收遠程數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)燒寫到用戶程序區(qū)域完成軟件的更新。

⑤DSP加載Flash中用戶程序到DSP片內(nèi)，正常運行程序。

為了配合遠程加載流程，需要對圖7所示的Flash存儲結(jié)構(gòu)進行擴展，在圖8中同時給出了用于遠程加載的Flash存儲結(jié)構(gòu)。與圖7中的典型Flash存儲結(jié)構(gòu)相比，遠程加載的Flash存儲結(jié)構(gòu)在二次加載程序和用戶程序之間增加了網(wǎng)絡(luò)加載程序，該區(qū)域僅對二次加載程序可見，用于存放遠程加載程序。當(dāng)需要遠程加載時，二次加載程序就調(diào)用網(wǎng)絡(luò)加載程序，采用DSP遠程加載方式；當(dāng)無需遠程加載時，二次加載程序直接調(diào)用用戶程序，采用典型的DSP加載方式。

在設(shè)計存儲結(jié)構(gòu)時需要注意兩點：網(wǎng)絡(luò)加載程序是不能被改變的，必須使用固定大小的存儲區(qū)域；網(wǎng)絡(luò)加載程序區(qū)域應(yīng)放在用戶程序區(qū)域前，便于用戶程序的擴展。

3.2網(wǎng)絡(luò)加載程序設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)加載程序運行流程是遠程加載的核心部分，如圖9所示。

網(wǎng)絡(luò)加載程序運行流程主要包括：

①加載NDK網(wǎng)絡(luò)硬件驅(qū)動，配置DSP片上硬件以太網(wǎng)控制器，包括網(wǎng)絡(luò)速率、單雙工傳輸方式以及MAC地址配置等。

②啟動TCP/IP服務(wù)。實現(xiàn)配置DSP的網(wǎng)絡(luò)IP地址、綁定TCP通信端口、開始接收遠程數(shù)據(jù)等功能。

③接收遠程數(shù)據(jù)。從以太網(wǎng)接收遠程數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)正確性和完整性校驗，將遠程數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，當(dāng)緩存區(qū)滿后啟動Flash更新程序。

④Flash程序更新。Flash首先擦除當(dāng)前用戶區(qū)域，然后將數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)燒寫到用戶區(qū)域中。

⑤判斷遠程數(shù)據(jù)是否接收完成，如果未完成，跳轉(zhuǎn)到步驟③；如果完成，進行步驟⑥。

⑥完成數(shù)據(jù)更新后，跳轉(zhuǎn)到二次加載程序，重新加載用戶程序。

需要注意的是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)加載程序完成用戶程序更新后，遠程控制端必須及時將DSP加載模式切換到直接加載用戶程序模式。

結(jié)語

本文研究了基于網(wǎng)絡(luò)的DSP遠程加載技術(shù)，介紹了遠程加載需要的硬件基礎(chǔ)和軟件基礎(chǔ)，并給出了典型設(shè)計；然后從遠程加載流程、Flash存儲模型設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)接口流程設(shè)計三個方面研究了具體的遠程加載方法。本文提出的方法不僅能夠解決基于DSP的遠程嵌入式系統(tǒng)的加載問題，同時為基于其他處理器的遠程加載提供了思路，具有較好的工程價值和廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]左顥睿.TMS320C54x與CP2200的接口設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2007(9).

[2]TI.TMS320C6000EMIFtoExternalFlashMemory[EB/OL].[201112].http://www.ti.com/lit/an/spra568a/spra568a.pdf.

[3]TI.TMS320C6000TCP/IPNetworkDeveloper?sKitUser?sGuide[EB/OL].[201112].http://www.ti.com/lit/ug/spru523g/spru523g.pdf.

[4]AMD.Am29F040Datasheet[EB/OL].[201112].http://www.spansion.com/Support/Datasheets/AM29F040B_EOL_21445e8.pdf.

[5]左顥睿.C6000系列DSPFlash二次加載技術(shù)研究[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2011(7)．

左顥睿(工程師),主要研究領(lǐng)域為并行計算和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。

更多資訊請關(guān)注：21ic模擬頻道